Noua tehnică construiește metale super puternice prin distrugerea împreună a nanofibrelor fine

Această „monedă” de aur a fost realizată din blocuri de construcție din nanoparticule, datorită unei noi tehnici dezvoltată de cercetătorii Universității Brown. Fabricarea metalelor în vrac în acest mod permite precizia microstructurii metalului, ceea ce îmbunătățește proprietățile sale mecanice. Credit: Chen Lab / Universitatea Brown

Cercetătorii de la Universitatea Brown au arătat o modalitate de a produce metale în vrac prin mărunțirea nano-particulelor mici, ceea ce permite structuri de cereale personalizate și alte proprietăți mecanice îmbunătățite.

Metalurgienii au tot felul de modalități de a face o bucată de metal mai dură. Îl pot îndoi, răsuci, direcționa între două role sau lovi cu un ciocan. Aceste metode funcționează prin descompunerea structurii bobului de metal – câmpuri cristaline microscopice care formează o bucată mare de metal. Boabele mai mici creează metale mai puternice.

Acum, un grup de cercetători ai Universității Brown a găsit o modalitate de a personaliza structurile metalice din cereale de jos în sus. Într-o lucrare de jurnal Kim, Cercetătorii arată o metodă de rupere a nanoclastelor metalice individuale împreună pentru a forma fragmente solide la scară macro din metale solide. Testarea mecanică a metalelor produse folosind tehnica a arătat că acestea sunt de până la patru ori mai grele decât structurile metalice naturale.

„Tăierea și alte metode de solidificare sunt toate modalități de sus în jos de a schimba structura cerealelor și este foarte dificil de controlat dimensiunea cerealelor cu care se termină”, a spus Ou Chen, profesor asistent de chimie la Brown și autorul noii cercetări. „Ceea ce am făcut este să creăm elementele de bază ale nanoparticulelor care se reunesc atunci când le strângeți. În acest fel putem avea dimensiuni uniforme ale granulelor, care pot fi adaptate exact la proprietățile extinse. “

Metale în vrac din blocuri de construcții din nanoparticule

Cercetătorii de la Universitatea Brown au demonstrat o modalitate de a produce metale în vrac din blocuri de nanoparticule. Pentru un nou studiu, echipa a realizat „monede” metalice din nanoparticule de aur, argint, paladiu și alte metale. Credit: Laboratorul Chen / Universitatea Brown

Pentru acest studiu, cercetătorii au realizat „monede” la scară de centimetri folosind nanoparticule de aur, argint, paladiu și alte metale. Elementele de această dimensiune pot fi utile pentru producerea de materiale de acoperire de înaltă performanță, electrozi sau generatoare termoelectrice (dispozitive care transformă fluxurile de căldură în electricitate). Dar cercetătorii cred că procesul ar putea escalada cu ușurință pentru a produce acoperiri metalice super-puternice sau componente industriale mai mari.

Cheia procesului, spune Chen, este tratamentul chimic dat blocurilor de nanoparticule. Nanoparticulele metalice sunt de obicei acoperite cu molecule organice numite liganzi, care în general împiedică formarea legăturilor metal-metal între particule. Chen și echipa sa au găsit o modalitate de a elimina chimic acești liganzi, permițând grupurilor să se unească doar cu puțină presiune.

Monedele realizate cu această tehnică au fost mult mai dure decât metalul standard, a arătat studiul. Monedele de aur, de exemplu, erau de două până la patru ori mai grele decât în ​​mod normal. Cercetătorii au descoperit că alte caracteristici precum conductivitatea electrică și reflexia luminii erau practic identice cu metalele standard.

Caracteristicile optice ale monedelor de aur au fost fascinante, spune Chen, deoarece a existat o schimbare dramatică a culorii atunci când nanoparticulele au fost comprimate în metal în vrac.

„Din cauza a ceea ce este cunoscut sub numele de efect plasmon, nano particulele de aur sunt într-adevăr negre cu culoarea violet”, a spus Chen. „Dar când facem presiune, vedem că aceste benzi violete capătă brusc o culoare aurie strălucitoare. Acesta este unul dintre modurile în care știam că de fapt am format aur mare. “

În teorie, spune Chen, tehnica ar putea fi utilizată pentru fabricarea oricărui tip de metal. De fapt, Chen și echipa sa au arătat că pot crea o formă exotică de metal cunoscută sub numele de cupă de metal. Paharele metalice sunt amorfe, ceea ce înseamnă că le lipsește structura cristalină care este repetată în mod regulat de metalele normale. Acest lucru creează proprietăți extraordinare. Paharele metalice se formează mai ușor decât metalele tradiționale, pot fi mult mai puternice și mai rezistente la fisuri și prezintă supraconductivitate la temperaturi scăzute.

“Fabricarea sticlei metalice dintr-un singur ingredient este extrem de dificil de realizat, astfel încât majoritatea cupelor metalice sunt legături”, a spus Chen. “Dar am reușit să începem cu nanoparticulele amorfe de paladiu și să ne folosim de tehnica noastră pentru a realiza o cupă metalică de paladiu”.

Chen spune că speră că tehnica ar putea fi folosită într-o bună zi pentru produsele comerciale. Tratamentul chimic utilizat în nanoclastice este destul de simplu și presiunile utilizate pentru a le strânge împreună se încadrează în gama de echipamente industriale standard. Chen a brevetat tehnica și speră să-și continue studiul.

“Credem că există mult potențial aici, atât pentru industrie, cât și pentru comunitatea cercetătorilor”, a spus Chen.

Referință: „Materiale granulare nanocristaline” de Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald, Hiroshi M. Yamamoto și Ou Chen, 22 ianuarie 2021, Kim.
DOI: 10.1016 / j.chempr.2020.12.026

Co-autorii Chen pe hârtie au fost Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald și Hiroshi M. Yamamoto. Cercetarea a fost susținută de Fundația Națională pentru Științe (CMMI-1934314, DMR-1332208, DMR-1848499) și Departamentul de Energie al SUA (DE-AC02-06CH11357).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ouă de pasăre marine contaminate cu cocktail chimic de aditivi din plastic

Pui de pescăruș și ouă. Credit: profesorul Jon Blount Aditivii chimici utilizați în producția de plastic au fost găsiți în ouăle de pescăruș hering,...

Oglinzi comutabile create din metal lichid

Cercetătorii au dezvoltat o modalitate de a schimba în mod dinamic suprafața metalului lichid între stările reflectante (stânga sus și dreapta jos) și dispersie...

Dieta cu junk food poate crește riscul conducerii periculoase în rândul șoferilor de camioane

Dietele nesănătoase sunt asociate cu mai multă oboseală: principalul motiv al riscului crescut de accidente, spun cercetătorii. O dietă cu junk food poate crește oboseala...

Fotosinteza artificială promite o sursă de energie curată și durabilă

Oamenii pot face multe lucruri pe care plantele nu le pot face. Putem să ne plimbăm, putem vorbi, putem auzi și vedea și...

Gheața de mare din Arctica devine mai subțire de două ori mai repede decât era de așteptat

Gheața arctică în declin a Pământului este fără îndoială una dintre cele mai mari victime ale schimbărilor climatice, ale căror consecințe sunt de anvergură,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.